Os cientistas foram capazes de observar o universo e determinar que cerca de 80% de sua massa parece ser "matéria escura", que exerce uma força gravitacional, mas não interage com a luz e, portanto, não pode ser vista com telescópios. Nosso entendimento atual da cosmologia e da física nuclear sugere que a matéria escura poderia ser feita de axônios, partículas hipotéticas com propriedades incomuns de simetria.
Em um novo artigo publicado na Physical Review Letters e destacado como sugestão do editor, os pesquisadores da ICFO, Pau Gomez, Ferran Martin, Chiara Mazzinghi, Daniel Benedicto Orenes e Silvana Palacios, liderados pelo ICREA Prof. do ICFO Morgan W. Mitchell, relatam como procurar axions usando as propriedades exclusivas dos condensados de Bose-Einstein (BECs).
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| Comagnetômetro de condensado de Bose-Einstein, formado por dois estados internos atômicos distintos de 87Rb, que estão contidos na mesma função de onda espacial. (Foto: ICFO / P. Gomez e M. Mitchell) |
O axion, se existir, implicaria "forças exóticas dependentes de rotação". O magnetismo, a força dependente de rotação mais conhecida, faz com que os elétrons aponte seus giros ao longo do campo magnético, como uma agulha de bússola que aponta para o norte. O magnetismo é transportado por fótons virtuais, enquanto forças dependentes de rotação "exóticas" seriam transportadas por axônios virtuais (ou partículas semelhantes a axônios). Essas forças atuariam nos elétrons e nos núcleos e seriam produzidas não apenas por ímãs, mas também pela matéria comum. Para saber se existem axiões, uma boa maneira é olhar e ver se os núcleos preferem apontar para outra questão.
Vários experimentos já estão procurando essas forças, usando "comagnetômetros", que são sensores magnéticos emparelhados no mesmo local. Ao comparar os sinais dos dois sensores, o efeito do campo magnético comum pode ser cancelado, deixando apenas o efeito da nova força. Até agora, os comagnetômetros só conseguiram procurar forças dependentes de rotação que atingem cerca de um metro ou mais. Para procurar forças dependentes de rotação de curto alcance, é necessário um comagnetômetro menor.
Os Condensados Bose Einstein (BECs) são gases resfriados quase ao zero absoluto.
Como os BECs são superfluídos, seus átomos constituintes estão livres para girar por vários segundos sem atrito, tornando-os excepcionalmente sensíveis aos campos magnéticos e às novas forças exóticas.
Um BEC também é muito pequeno, com cerca de 10 micrômetros de tamanho. Para fazer um comagnetômetro BEC, no entanto, é necessário resolver um problema complicado: como colocar dois magnetômetros BEC no mesmo pequeno volume.
Em seu estudo, Gomez e seus colegas relatam que foram capazes de resolver esse problema usando dois estados internos diferentes do mesmo 87Rb BEC, cada um atuando como um magnetômetro separado, mas co-localizado. Os resultados do experimento confirmam a alta imunidade prevista ao ruído do campo magnético comum e a capacidade de procurar forças exóticas com faixas muito mais curtas do que em experimentos anteriores. Além de procurar axions, a técnica também pode melhorar as medições de precisão da física de colisões ultracold e estudos de correlações quânticas em BECs.
Noticiado por: SciTechDaily
- Tradução: RAN